利用调频附加信道广播实现数据通信

李 宏 陈 海（贵州广播电视台 广播技术中心，贵州 贵阳 550002）



利用调频附加信道广播实现数据通信

李 宏 陈 海
（贵州广播电视台 广播技术中心，贵州 贵阳 550002）

摘 要：本文简要介绍了如何利用调频附加信道广播实现数据通信，阐述了SCA数据传输系统的实现方法，对SCA数据传输系统的发送和接收都进行了较为深入的介绍。

关键词：调频附加信道；SCA；MSK；最小频移键控

一、概述

SCA（Subsidiary Communications Authorization，直译为辅助通信业务）是在调频广播中利用已有的FM广播发射设备、发射天线，在原有载波频率上附加一个或多个不同节目的广播方式，实现一个载波频率同时播送两套以上互不干扰的独立节目或者数据信号的一项频率复用技术，即调频多工广播技术。

在1961年，美国1000座调频台中已有25%的电台设有SCA信道。到目前，美国几乎所有调频台都已开展了SCA业务，并收到了重大的经济收益。可见SCA广播这一项高新技术，对提高现有频率资源的利用率、节约日益紧张的频率资源、节省建台费用、发展无线电通信事业都有重大的经济价值和社会效益，更将成为广播部门今后新的经济增长点，前景诱人。自从1992年我国第一个SCA广播电台——广州羊城交通台开播至今，我国各大中城市的调频广播电台都相继开展了SCA广播业务。这说明我国的广播正向着“台中台”、“一主多副”、“一台多路”的多工通信方向发展。

SCA信道主要传送和立体声节目完全无关的信息，其应用非常广泛，具有代表性应用的主要表现在以下几个方面：

第一，金融股市信息。

第二，交通信息广播。

第三，广播寻呼系统。

第四，背景音乐广播。

第五，LED屏幕显示。

第六，能源电力控制。

第七，汽车防盗系统。

第八，语言加密广播。

第九，教学节目广播

第十，气象报警广播。

第十一，数据通信。

第十二，市场报价。

图1　调频广播信道频率分布示意图

SCA广播利用调频广播频带中附加信道的副载波来传送信息。由于调频立体声广播的基带信号频宽为53kHz（调频单声道为15kHz），所以在调频广播中，53kHz～100kHz（调频单声道为15kHz～100kHz）的频带几乎是闲置的，该范围内有多个副信道可供利用，其频率分布示意图见图1。为使附加的信息广播与原有的调频广播的副信道互不干扰，其调制方式采用调频方式。SCA广播是调频—调频广播方式，即双重调频制式，它要求把附加信道的副载波频率选在干扰最小处，即在19kHz导频的谐波处，如57kHz、76kHz、95kHz，也可选在干扰较小的66.7kHz处。

这些年，SCA数据广播业务更是得到了长足发展。计算机系统和嵌入系统的快速发展和普及使得其数据通信已变为现实，用户只需把计算机或嵌入系统联接上SCA数据接收机，通过相应的软件就可接收到所需的各种数据信息，并进行显示和分析处理。典型的应用例子就是移动LED屏幕广告信息发布系统。下面简单说明一下SCA数据广播系统的基本组成和工作原理。其接收系统主要技术指标如下：

主载波频率范围：87MHz-108MHz

调制方式：MSK（Minimum frequency Shift Keying最小频移键控，调制指数为0.5时的CPFSK）

数据通信速率：9600bps

数据传输发式：同步

中心频率：76KHz

频偏：±4kHz（副载波的空号为72kHz，传号为80kHz）

SCA数据接收门限灵敏度：小于40μV

天线阻抗：75Ω

二、SCA数据传输系统基本原理

SCA数据传输系统主要由发送部分和接收部分组成。

SCA数据发送系统利用调频广播基带中的76kHz作为附加信道的副载波，其基带频率分布图见图2。

图2　调频立体声广播信号频谱图

信息发射端：首先把要发布的数据信息通过实时播出软件进行筛选、压缩、编码、加密等处理，再把已处理的数据经过计算机的RS232串行端口发送到SCA数字编码器进行编码，并采用MSK数字信号调制方式将数字信息转换成副载波频移键控信号，然后送入激励器的SCA附加信道输入端口，和已通过立体声编码处理的节目信号进行混合，最后送给FM调频发射机进行无线数据广播发射。数据信息发射端系统框图见图3。

图3　数据信息发射端系统框图

用户接收端：用户通过一台SCA接收机将SCA信号接收下来并解调、解密，变成标准的数据信息，然后通过RS232串行端口将数据送到计算机系统或嵌入系统，经安装的驱动程序和软件就可以显示、分析和处理所收到的数据信息。数据信息用户接收端框图见图4。

图4　数据信息用户接收端框图

三、SCA数据信息发送系统的原理

经计算机数字化了的数据信息，通过计算机的RS232接口电路转化为0V和5V的数字信号，然后送入SCA数字编码器进行MSK调制，变为频偏为4kHz的频移键控信号。即将0V电平转换为80kHz的频率信号，将5V电平转换为72kHz的频率信号，且使这两个电平所产生的频率相位连续，幅度不变，使其转换的MSK调制信号的中心频率为（80kHz+72kHz）/2 ＝76kHz。然后将这个频移键控信号放大，送入激励器的SCA输入口，至加法器与已编码的立体声信号进行线性相加后送入主调频器上，并以规定的频偏调制到调频台的主频率上，经过功率放大，最后再由天线发射出去。SCA的调制度为调频广播总调制度的10%（立体声信号占80%，导频占10%）。

SCA数字编码器由RS232接口电路、MSK发声器、不平衡/平衡转换、信号放大等电路组成，其结构框图如图5所示。

图5　SCA数字编码器结构框图

计算机的正负交变电平通过RS232接口电路转换为TTL电平后送至MSK发生器的输入端，控制MSK发生器内部的电流开关电路，以改变MSK发生器内的阻容式压控振荡器VCO的定时电阻的阻值来产生不同频率，使其受所传数据的键控来生产频移信号，并在该频移信号经过正弦波整形电路和不平衡/平衡转换电路后进行信号放大及滤波，最后送入激励器的SCA输入口。

四、SCA数据信息接收系统的原理

SCA接收系统由调谐、中频滤波、限幅中放、鉴频、副载波带通滤波器、MSK解调器、RS232接口电路等组成，其方框图如图6所示。

图6　SCA接收系统基本组成框图

立体声和附加信道数据所混合的调频复合信号经SCA接收机的天线输入至调谐电路的高放，和本振混频后变为10.7MHz的中频信号，再经滤波后送入中放系统电路进行限幅中放、鉴频，然后将鉴频器输出的立体声信号和副载波频移键控信号经72kHz～80kHz的带通滤波电路，把需要的频移键控信号选出并送给MSK解调电路进行解调，最后再通过RS232接口电路送入计算机，使其复原为计算机可处理的数字信号。

MSK解调器由频移信号放大电路、锁相环及数据滤波电路等组成。锁相环包含阻容式压控振荡器（VCO）、鉴相电路和环路滤波电路等。MSK解调器结构框图如图7所示。

图7　MSK解调器结构框图

由副信道带通滤波器选出的MSK频移数据信号，经放大后与来自VCO的信号进行鉴相并按所指定的PLL（Phase Locked Loop锁相环）跟踪范围锁定其频移信号，使其让环路滤波器输出一个与频移信号频率值相对应的直流电压，这样随着输入频率的不断变化，就产生了高低两个电平，使MSK信号转变成数字信号，最后把该数字信号送入计算机，就完成了SCA数据的接收。

五、结束语

从以上分析我们可以看到：

第一，利用现有调频广播电台设备及各项基础设施，加上SCA数字编码器就可以组成SCA数据信息发送系统，节省了投资费用。

第二，SCA数据信息传输系统不需另外申请频点，就可开展无线数据传输业务，如实现移动LED屏幕广告的信息发布，节约了开支。

第三，调频广播电台的发射天线高，覆盖面广，为SCA数据信息的发送奠定了实用基础，更能充分体现SCA无线传输的优越性。

中图分类号：TN934.2

文献标志码：A

文章编号：1674-8883（2016）03-0234-02